西南交大樊小强Chem. Eng. J：二硫化钼功能化稠化剂调制高性能润滑脂

高速载运装备及其关键运动部件服役过程中经常遭受复杂多变的环境和机械双重作用影响，会诱发严重的磨蚀与腐蚀交互损伤问题。润滑脂因密封防护和润滑功能而受到青睐，用于机械运动部件表面发挥阻隔摩擦副直接接触和润滑功能、阻止腐蚀性介质的浸入等，已经成为大多数机械运动部件的必需品。其中，稠化剂是润滑脂的最基本组分，其结构与属性、与润滑油的感受性决定了润滑脂的胶体/机械/化学/热稳定性、流变学性能等。

前期工作围绕提升润滑脂理化性能和润滑密封功能，筛选了系列二元酸、有机胺及调控摩尔比，通过调制复合皂化过程与稠化剂纤维的组分结构，从而可实现对润滑脂理化性能和摩擦学行为的调控。相关工作发表于Tribology Letters, 2020, 68:99;Friction, 2021, 9, 1077-1097;Tribology International2022, 173, 107643和175, 107826;Journal of Industrial and Engineering Chemistry, 2022,111, 51-63等，系统解析了皂化反应的二元酸、有机胺及其配比对稠化剂结构与稠化效果、以及对润滑脂理化性能与流变学性能的影响规律。

在上述研究基础上，鉴于现用润滑脂需引入多种添加剂才能满足工况服役性能要求，这些添加剂仅仅作为增强相存在于润滑脂的胶体分散体系中，难以与润滑油、稠化剂充分协同而最大限度地发挥其防护功能。

近日，西南交通大学材料服役行为与安全评价研究团队樊小强等故提出了功能化稠化剂的理念。通过原位还原MoS₂接枝于凹凸棒制备了功能化的凹凸棒稠化剂(ATP/MoS₂)，证明了ATP/MoS₂稠化剂对润滑脂摩擦学性能的增强作用，并提出了其润滑机理，相关工作发表于专业领域权威期刊Tribology International,2023, 179, 108135。同时，利用机械应力诱导和硫醇化学导向技术充分利用缺陷S空位和活性Mo原子共轭，成功获得氨基化改性MoS₂，并将其引入到皂化过程中，原位构建了一种新型的二硫化钼功能化复合锂皂多元氢键稠化体系，探究了该稠化剂所调制的润滑脂在高剪切速率和长剪切时间下的流变响应行为，揭示了新型稠化剂在摩擦界面二硫化钼的释放规律以及独特纳米结构的摩擦膜形成机制。该文章近日以题为“MoS₂functionalized lithium complex soap with enhanced thickening net structure toward high-performance thickener”发表于国际权威期刊Chemical Engineering Journal,2023, 478, 147445。

图1 半胱氨酸接枝在MoS₂硫空位及CLT/MoS₂稠化剂的合成原理

图2 (a, b, b₁, d) 原始MoS₂和(c, c₁) MoS₂-NH₂的SEM图像，以及Mo、S、O元素的特征面分布；(e, e₁) LT和(f, f₁) CLT的SEM图像；CLT/MoS₂的SEM图像和对应的元素映射图像(g, g₁, g₁₁, g₂, g₃, g₄, g₅).

图3 (a) CLT(S)+MoS₂-NH₂相互作用的单位细胞模型；(b) CLT(S)/MoS₂的优化晶胞模型；(c) CLT(S)/MoS₂的电荷密度切片；(c₂)为(c)中反应作用位点的局部放大图；(d) 计算出的CLT(S)+MoS₂-NH₂和CLT(S)/MoS₂的相互作用能

图4 (a) 四种稠化剂对应的润滑脂的四球摩擦试验；(b) Mec-mixed样品重复实验的摩擦系数曲线与CLT/MoS₂的摩擦系数；(c) 平均摩擦系数；(d) 球磨斑的复合磨损量

图5 稠化剂作用于摩擦界面的可能场景的示意图：(a) 大块的LT稠化剂在界面的聚合导致了润滑不足效应的产生；(b) CLT细短纤维充分分散于油膜脂中，油膜黏度的提升造成了膜厚的递增；(c) CLT/MoS₂全方位减磨抗磨机理

原文链接：

https://doi.org/10.1016/j.triboint.2022.108135

https://doi.org/10.1016/j.cej.2023.147445

作者简介：

樊小强，工学博士，教授，四川省杰青、省QR计划特聘专家、省专家外围是什么意思 团专家。荣获广西滚球体育 进步一等奖（排3）、温诗铸枫叶奖-优秀青年学者奖、全国铁路青年滚球体育 创新奖、詹天佑铁道科学技术奖-专项创新奖、中国科学院院长优秀奖、第七届IFAM优秀青年科学家奖等荣誉，入选2022年度斯坦福全球前2%科学家榜单。主要从事高速载运装备磨蚀防护材料与技术研究，以第一或通讯作者已在国际权威期刊发表SCI一区论文80余篇（他引2800余次），授权国家发明专利20件（成果转化3项），获国家自然科学基金（青年、面上、联合基金）等资助。兼任中国机械工程学会表面工程分会青年工作委员会委员；中国机械工程学会材料分会委员会委员；中国腐蚀与防护学会铁道设施专业委员会委员；四川省腐蚀与防护学会理事会常务理事等。